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果胶及其在食品中的应用

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果胶及其在食品中的应用1 .果胶的定义及概念1825年,法国人Bracennot首次从胡萝卜肉根中提取出一种物质,能够形成凝胶, 他将提取物质命名为“ Pectin”,中文译为“果胶”果胶是一种在所有较高等植物中都 能发现的结构性多糖,它被广泛地应用于各类食品,如果冻、果酱、酸乳、酒类、糖果 等规模性工业生产中常用柑橘皮、苹果渣作为生产果胶的原料,它们是果汁生产的副 产品自从第一次提取出果胶以来,人们一直致力于其的性质、结构、功能与应用的研究 目前,果胶因具有良好的凝胶、增稠、稳定等性能,而被广泛应用于食品、医药、化工、 纺织等行业,对改善人们的生活发挥了积极的作用从水果中提取果胶果胶粉末2 .果胶的结构果胶是一种亲水性植物胶,广泛存在于高等植物的根、茎、叶、果的细胞壁中长 期以来,人们都以果胶的结构进行了不懈的研究研究表明,果胶主要是通过a — 1, 4-糖甘键连接起来的半乳糖醛酸与鼠李糖、阿拉伯糖和半乳糖等其它中性糖相连结的长链聚 合物”二主要成分是 A半乳糖醛酸(D-galactuonicaid),其中部分半乳糖醛酸被甲醇酯 化,止匕外,果胶还含有一些非糖成分如甲醇、乙酸和阿魏酸 ⑵。

果胶相对分子质量在3万—18万之间,其部分分子式如下:果胶的结构由主链和侧链两部分组成:主链是长而连续的,平滑的a — 1, 4一连续的D-半乳糖醛酸聚糖单元的直链形成的高聚半乳糖醛酸(homogalacturonnan,HG)部分,侧 链是由短的呈毛发状的鼠李糖半乳糖醛酸聚糖(rhammogalacturonan,RG)部分构成的复 杂的中性糖侧链连在鼠李糖半乳糖醛酸聚糖上⑶化学结构式如下:3 .果胶的分类及其性能酯化度是果胶分类的最基本指标,也是与果胶的各种应用性质密切相关的指标,比如 胶凝性、增稠性、蛋白稳定性等所以,只要一提到果胶,我们必须要讲到果胶的酯化度,果胶的酯化度的定义是果胶分子中酯化的半乳搪醛酸单体占全部半乳糖醛酸单体的百 分比称为果胶的酯化度(DE,也就是我们所说的DE值酰胺化果胶的酰化度(DA)则表示 酰化的半乳糖醛酸单体占全部半乳钢铁酸的百分比一般果胶的最大酰化度不超过 25%根据DE值的不同,商业化果胶可以分为高酯果胶、低酯果胶和酰胺化果胶3.1 高酯果胶高酯果胶(HM是指酯化度大于50%勺果胶高酯果胶的酯化度决定了果胶的凝胶速度 和凝胶温度这可通过“快凝”和“慢凝”高酯果胶名称反映出来。

3.2 低酯果胶低酯果胶(LM是指酯化度低于50%勺果胶商业化低酯果胶一般是从含有高酯果胶的 植物原料中生产出来的控制条件,采用温和的酸或碱处理,可将高酯果胶转化成低酯果 胶如果在碱脱酯过程中,使用氨水处理就能得到所谓的酰胺化低酯果胶,在酰胺化低酯 果胶分子中,除了半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯外,还包含有半乳糖醛酸酰胺3.3 果胶等级商品高酯果胶通常要标准化,即按1959年IFT委员会所订的果胶标准方法给予标准化, 结果以USA-SAGt表示即在标准条件下一份果胶的凝胶达到标准强度所需要的酶蔗糖份 数标准条件如下:折光仪测定溶解固体量为65% 2.20

正确的凝冻时间实验方法曾由 Hinton提出凝冻时间测定程度是由Joseph和Baier所提出,并被大多数人所接受待测凝胶按SAG 测定法进行配制将配制的试样尚处于液态时调节至 95C,注入一置于300 C水浴的标准玻璃杯中,凝冻时间取自开始注入至明显的凝胶态出现的时间商品“快凝”果胶的凝 冻时间值为50s,而“慢凝”果胶的凝冻时间值为 225s有一种利用凝胶化发生时热传导性发生变化这一性质来测定凝胶温度的方法还有一 种是在食品流变仪上作小幅振荡试验的方法3.5 果胶的稳定性高酯果胶在pH2.5〜4.5范围内是相当稳定的当pH大于4.5时,失稳现象就会发生, 半乳糖醛酸主链会解聚失稳机制是紧接糖甘键的酯化竣基的断裂(如下图) 所以在pH大于4.5时高酯果胶仅在室温下稳定当温度逐步升高时,高酯果胶分子快速解聚,其凝 胶特性完全丢失而低酯果胶的在高 pH时稳定性比高酯果胶好果胶的B失稳机制果胶分子对热较为稳定在 pH3.5时,果胶分子只有在高温下才发生链解聚如果在体系中加入糖,有利于改善果胶的热稳定性下面这个图可以直观的表示 pH对果胶稳定性的影响:pH对果胶稳定性的影响4 .果胶的生产现状有关资料表明:全世界果胶的年需求量在2万吨左右,20世纪末全世界果胶的年需求量 达到了 27 000吨,并以每年5%的速度增长。

据不完全统计,我国每年的果胶需求量约在1 500 吨以上,而80%靠从国外进口目前世界上果胶的生产商主要集中在英国、丹麦、法国、 德国、以色列及瑞士等国4.1 果胶的来源果胶的工业生产几乎元例外地都使用柑橘皮,或苹果渣作为原料,它们是果汁或果子 酒生产的副产物苹果渣中约含10%〜15%的果胶(干基),柑橘皮中则含20%〜30%从 应用角度来考虑,柑橘和苹果果胶可以有同样使用效果柑橘果胶微呈乳色或浅棕色,而 苹果果胶则常常是颜色较暗据文献介绍,果胶原料也可采用制糖工业的甜菜渣,、向日葵籽盘(籽用以榨取食用油)、 芒果皮等甜菜渣果胶在英国和德国是在第二次世界大战时投产的,随后在瑞典和俄罗斯 生产甜菜渣果胶在所有的实际应用中,内在质量要差于柑橘果胶或苹果果胶,这是因为: (1)存在着乙酸酯化;(2)分子量相对地低;(3)存在着大量的中性糖侧链4.2 果胶的生产过程果胶生产工艺中关键是提取和沉淀两个步骤目前,国内外研究者在这两个步骤做了许 多探索,并加以改进,降低果胶生产成本,提高果胶得率现分述如下:4.3 果胶原料预处理果胶原料的预处理各不相同如果是鲜皮渣应及时处理,以免原料中产生果胶酶类水解作用,使果胶产量或胶凝度下P10先将鲜果皮搅碎至粒径 2〜3 mm将原料置于蒸气或沸水中处理5〜8min,以钝化果胶酶的活性,杀酶后的原料再在水中清泡 30 min,并加热到900 C5min,压去汁液,用清水漂洗数次,尽可能除去苦味、色素及可溶性杂质 。

如果是干皮渣,在生产前,要浸漂复水,除杂后利用4.4 果胶的提取果胶浸提一般有酸萃取法、离子交换法、草酸钱提取法、微生物法、微波法、盐提取 法等国内多采用酸萃取法,国外这几种方法都有使用鉴于超声波提取法是目前广泛运 用于天然植物有效成分提取的一种新技术,也有人在探讨用此法来提取果胶4.4.1 酸提取法水解酸的种类很多,生产中多用盐酸传统的无机酸提取法是:将洗净、除杂预处理 好的果皮用无机酸(如盐酸、硫酸、亚硫酸、硝酸、磷酸等)调节一定pH值,加热90-95 0 C并不断搅拌,恒温50〜60min,然后将果胶提取液离心,分离,过滤除杂(提取用水最好 经过软化处理),得到果胶澄清液该法的缺点是果胶分子在提取过程中会局部水解,反应条件也复杂,过滤时速度较慢, 生产周期长,效率低据文献报导 ⑸,在上述无机酸中亚硫酸的效果最好目前酸提取法 正在朝着混和酸提取法的方向发展4.4.2 离子交换法该法的工艺流程是:将处理过的柑桔皮脱水后粉碎,再与离子交换树脂和水制成浓浆液(原料一般先与30-50倍左右水混和,加入一定的离子交换剂,调节料浆的 pH值到1.3-1.6),在搅拌下加热2h,过滤,分离出不溶性的离子交换剂和废渣,即得到含有果胶的 滤液。

在这一流程中,酸首先可以使原果胶溶解,生成纤维素 -果胶多糖复合物;其次,酸使非水溶性大分子降解,果皮中多价阳离子溶出,阳离子交换树脂通过吸附阳离子( Mg +、C§ +等离子对果胶有封团作用,影响果胶转化为水溶性果胶从而加速了原果胶的溶解), 提高了果胶的质量和提取率;最后,阳离子交换树脂可以吸附相对分子质量为 500以下的低分子物质,解除果胶的一些机械性牵绊,因而也就提高了果胶的质量和提取率据文献 报导该法可使果胶得率上升 7.2%〜8.56%⑹用离子交换法,使提取液中离子交换到树脂上,不影响果胶提取,果胶产率比用无机 酸提取法高,且产品质量高,生产周期短,工艺简单,成本低,是一种经济上可行的提取 方法⑺4.4.3 微生物法坂井拓夫等经试验发现:帚状丝抱酵母及其变异株能从植物组织中分离出果胶其原 理是把帚状丝抱酵母接种到植物组织中,经过静止、搅拌、振荡培养或者在酵母培养基中 培养后,用所得的培养液或该培养液的提取物作用于植物组织中,随着微生物的生产,产 生了能使果胶从植物组织中游离出来的酶, 这种酶能选择性分解植物组织中的复合多糖体 从而可有效地提取出植物组织中的果胶日本的 Takuo Sakai等人就利用微生物发酵从中 国蜜桔皮中萃取出了果胶,不用对原料进行处理,避免了过滤时的麻烦。

采用微生物发酵法萃取的果胶相对分子质量大,果胶的胶凝度高,质量稳定,提取液 中果皮不破碎,也不需进行热、酸处理,具有容易分离,提取完全,具有低消耗,低污染、 产品质量稳定等特点从发展潜力来看,其具有广阔的前景上述提取液经过滤或离心分离后,得到的是粗果胶液,还需进一步纯化沉淀,一般有以 下几种方法4.5.1 醇沉淀法醇沉淀法是普遍使用而且最早工业化的方法其基本原理是利用果胶不溶于醇类有机 溶剂的特点,将大量的醇加入果胶的水溶液中,形成醇一水混合溶剂将果胶沉淀出来,一般 将果胶提取液进行浓缩,再添加60 %的异丙醇或乙醇,使果胶沉淀,然后离心得到果胶沉淀 物,用更高些浓度的异丙醇或乙醇洗涤沉淀数次 ,再进行干燥、粉碎即可此法工艺简单 , 所得果胶色泽好、灰分少,影响这一过程的主要因素是所用醇的价格以及醇的回收问题4.5.2 盐析法盐析法是果胶与金属离子形成不溶于水的果胶盐使果胶从溶液中分离 金属盐用量少果胶沉淀不完全;用量太大,既浪费又使后面的脱盐操作受影响盐析法可以不用浓缩果 胶液而直接沉淀,能耗低但工艺条件较难控制,产品灰分高,溶解性差张晨等 ⑻习确 定铝盐法工艺条件为pH值4,饱和硫酸铝溶液25mL 60 C,盐析60min,脱盐液浓盐酸2% , 乙醇60%,用量70mL脱盐30min,得率接近24%。

盐析法与乙醇沉淀法相比较,后者得 率较高,但乙醇用量大,浓缩耗能高,成本高;而铝盐法相对得率较低,成本也较低,但 沉淀时杂质含量较高4.6干燥干燥技术对果胶的品质有着重要的影响一般干燥技术有常压低温干燥、真空干燥、 冷冻干燥、喷雾干燥常压干燥设备简单,即在温度低于 600 C以下干燥但这种方法耗时,干燥后的产品溶解性差,色泽较深;真空干燥和冷冻干燥后所得果胶色泽较浅,溶解 性也好,果胶性质也没有发生大的改变,但该生产要求技术设备的费用大,生产成本高;喷雾干燥,即用喷雾干燥机直接将浓缩液喷雾得到粉末状果胶产品目前国外多用喷雾干燥技术,可以省去果胶沉淀,但其对前处理要求严格,比如果胶 浓度要高,且除杂要彻底,因此具体在生产过程中要根据生产能力和生产果胶的原料来选 择与之相适宜的干燥方法5 .影响凝胶化的因素果胶。

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